JP2001175299A - 雑音除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電話機等の音声通信装置において、音声に混
入した雑音を受話側で除去し、また音声子音に由来する
雑音成分が消失する事が原因の異聴を改善し、また送信
経路の帯域制限により消失した音声低域・高域を同時に
復元できる雑音除去装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 受話信号の背景雑音・回線雑音と子音の
雑音成分とを判別する。そして、子音区間では雑音を含
む未処理の音声信号を重畳して出力し、それ以外の区間
では自己相関波形の接続処理を加えて雑音を除去した電
話帯域の音声信号を出力する。音声子音の雑音成分の消
失を軽減し、音声明瞭度の高い雑音除去効果が得られ
る。更に、高域・低域側の拡張により、自然な印象の音
声出力を行う事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電話機等の音声
通信装置において、音声信号に重畳した雑音成分を除去
する目的で使用される雑音除去装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】音声通信を行う場合、伝送過程で雑音が
混入したり、歪みが生じてその品質が低下する。また、
環境雑音なども音声通信において大きな障害となり、品
質の良い音声で通信できることが望まれている。

【０００３】これら様々な雑音を除去して音声だけを取
り出す試みは、音声強調（Ｓｐｅｅｃｈ Ｅｎｈａｎｃ
ｅｍｅｎｔ）と呼ばれ、様々な研究が進められている。
その特殊なケースとしては、マイクを２本用意して、２
つの入力の差を利用する方式などがある。しかし、実用
面としては装置構成が大きな障害となる。

【０００４】一方、１入力の音声信号の自己相関波形を
用いる音声強調方式は、信号を周期信号成分と雑音成分
に分離することにより、音声信号での雑音除去効果が高
い事が報告されている。この手法の特長は、相関処理に
よって直接雑音成分を取り除くことであり、雑音の前情
報を必要としない利点がある。

【０００５】自己相関波形を用いる例として、埼玉大学
で開発されたＳＰＡＣ（Ｓｐｅｅｃｈ：Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ Ａｕｔｏ
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）方式があ
る。ＳＰＡＣは自己相関関数ψ（τ）の性質を利用して
いる。ψ（τ）の性質には、次のものがあげられる。

【０００６】音声波形ｆ（ｔ）が周期波のとき、 （１） ｆ（ｔ）のψ（τ）は、ｆ（ｔ）と同じ周波数
成分からなる、 （２） ψ（τ）はｆ（ｔ）の位相の影響を受けない、 （３） ψ（τ）によるとｆ（ｔ）よりも周期の検出が
容易、ｆ（ｔ）がランダムな波形のとき、 （４） ψ（τ）のエネルギは、τ＝０の附近に集中す
る。

【０００７】音声のように、時間的に変化する信号に対
しては、積分時間を限定した短時間自己相関関数ρ
（τ）を用いるが、ρ（τ）にもψ（τ）と同じ性質が
あるとみなせる。ρ（τ）は、周期性信号の検出、計
測、スペクトルを求める手法などに用いられてきたが、
ＳＰＡＣでは視点を変えて、ρ（τ）を波形信号として
扱っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】音声信号の自己相関波
形を周期毎に接続する方式では、雑音が除去されると同
時に、子音に由来する摩擦音・破擦音等の雑音成分も失
われるため、Ｓ行など子音の聞き違いが生じる問題があ
る。

【０００９】一方、半波整流した信号波形に同様の自己
相関処理を加えると、音声ピッチに相当する低域信号が
得られるため、これを電話帯域外の低域（〜３００Ｈ
ｚ）としてＬＰＦで抽出して原音（電話帯域）に加える
ことで広帯域化する提案があるが、雑音除去効果との両
方を同時に実現出来なかった。また、同様に電話帯域外
の高域成分も拡張する提案があるが、雑音除去効果との
両方を同時に実現出来なかった。

【００１０】そこで本発明は、電話機等の音声通信装置
において、音声に混入した雑音を受話側で除去し、また
音声子音に由来する雑音成分が消失する事が原因の異聴
を改善し、また送信経路の帯域制限により消失した音声
低域・高域を同時に復元できる雑音除去装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、音声信号に重
畳した雑音成分を除去する雑音除去装置であって、音声
信号の自己相関処理等により非相関性の雑音成分を除去
する雑音除去部と、入力信号の非音声／母音／子音区間
を判定する音声区間判定部と、子音区間について元音声
の雑音成分を振幅調整する子音雑音成分回復部と、生成
信号を加算する信号加算部と、加算された信号を出力す
る音声出力部とからなり、雑音を除去すると同時に、音
声子音の雑音成分を回復するようにした。

【００１２】本発明によれば、電話機等の音声通信装置
において、音声に混入した雑音を受話側で除去し、また
音声子音に由来する雑音成分が消失する事が原因の異聴
を改善し、また送信経路の帯域制限により消失した音声
低域・高域を同時に復元できる雑音除去装置を提供でき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、音声信号
に重畳した雑音成分を除去する雑音除去装置であって、
音声信号の自己相関処理等により非相関性の雑音成分を
除去する雑音除去部と、入力信号の非音声／母音／子音
区間を判定する音声区間判定部と、子音区間について元
音声の雑音成分を振幅調整する子音雑音成分回復部と、
生成信号を加算する信号加算部と、加算された信号を出
力する音声出力部とからなり、雑音を除去すると同時
に、音声子音の雑音成分を回復する。

【００１４】この構成において、受話信号の自己相関関
数の０次パワー成分と有声音の周期Ｔに相当するピーク
値の比（ＲＴ／Ｒ０）と、その時間変化を基に、受話信
号の背景雑音・回線雑音と子音の雑音成分とを判別す
る。そして、子音区間では未処理の音声信号をそのまま
出力し、それ以外の区間では自己相関波形の接続処理を
加えて雑音を除去した電話帯域の音声信号を出力する。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、半波整流した入力信号を自己相関処理し、
低域を分離して振幅調整する母音低域成分生成部を備
え、母音低域が拡張された自然な音声を出力する。

【００１６】この構成により、母音と判定された区間で
は自己相関波形の接続処理で生成される広帯域信号にＢ
ＰＦを掛けて低域信号（１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ）を取
り出し、未処理の電話帯域の音声信号と加算して出力す
る。その他の区間では、処理後の広帯域信号（低域＋電
話帯域）を出力する。これにより、請求項１の雑音除去
効果に加えて、低域が拡張された自然な電話音声を出力
する。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、子音区間について入力帯域外の高域雑音成
分を生成する子音高域成分生成部を備え、子音高域が拡
張された自然な音声を出力する。

【００１８】この構成により、子音と判定された区間で
はノイズ音源や半波整流処理などで高域信号（３．５Ｋ
Ｈｚ〜７ｋＨｚ）を生成し、これを請求項１の電話帯域
信号に加算する。これにより、更に子音の明瞭性が高い
電話音声を出力する。

【００１９】以下、本発明の一実施の形態について説明
する。図１は本発明の一実施の形態における雑音除去装
置のブロック図であり、１−１は電話等の音声信号を入
力する音声入力部、１−２は自己相関処理等により非相
関性の雑音成分を除去させる雑音除去部、１−３は入力
信号の非音声／母音／子音区間を判定する音声区間判定
部、１−４は子音区間について元音声の雑音成分を振幅
調整する子音雑音成分回復部、１−５は本発明の各処理
による生成信号を加算する信号加算部、１−６は加算さ
れた信号を出力する音声出力部、１−７は半波整流した
入力信号の自己相関処理し、低域を分離して振幅調整す
る母音低域成分生成部、１−８は子音区間について入力
帯域外の高域雑音成分を生成する子音高域成分生成部で
ある。

【００２０】上記のように構成された雑音除去装置の動
作について説明する。図２、図３、図４、図５は本発明
の一実施の形態における雑音除去装置の処理の流れ図で
あって、図２は請求項１、図３は請求項２、図４は請求
項３、図５は請求項４に係るものである。まず、請求項
１に係る図２を説明する。

【００２１】ｓｔｅｐ（１）：アナログ音声信号を受信
し、デジタル信号の離散値ｆ（ｔ）にＡ／Ｄ変換する。
量子化パラメータは分析精度と処理量のバランスによ
り、ビットレートは８ＫＨｚ〜１６ｋＨｚ、量子化精度
は８〜１６ビットで選択する。

【００２２】ｓｔｅｐ（２）：自己相関処理による二乗
歪みを除去するため、ｆ（ｔ）に平方根処理を加える。

【００２３】ｓｔｅｐ（３）：入力信号の任意の時点ｔ
１を始点とし、短時間自己相関関数ρ１（τ）を計算す
る。計算区間τは、一般的に男／性・女性の有声音の基
本周期が含まれる時間長を定める。

【００２４】ｓｔｅｐ（４）：男性の基本周波数のおよ
その下限値（約１００Ｈｚ）よりも短いτの範囲内で、
自己相関の最大値を用いて周期Ｔ１を求め、ρ１（τ）
からＴ１に相当する波形を切出す。

【００２５】ｓｔｅｐ（５）：次に、ｔ２＝ｔ１＋Ｔ１
を始点としてρ２（τ）を計算し、ｓｔｅｐ（４）と同
様に自己相関の最大値を用いて周期Ｔ２を求め、ρ２
（τ）からＴ２に相当する波形を切出す。

【００２６】ｓｔｅｐ（６）：ｔ３＝ｔ２＋Ｔ２とし、
以下同様にｓｔｅｐ（５）を繰り返して基本周期単位の
自己相関波形を得る。このようにして得られる波形を、
自己相関の０次付近を除いて順に接続し、音声信号とし
て出力することにより、雑音の非相関成分を除去できる
事が知られている。しかし、同時に子音に由来する雑音
成分が失われるため、以下の処理により子音成分の回復
を図る。

【００２７】ｓｔｅｐ（７）：自己相関関数を用いて、
（数１）で示される基準により音声子音区間の判定を行
う。

【００２８】

【数１】

【００２９】（数１）において、αは音声区間と雑音の
みの区間を区別するためのしきい値で、非音声区間のρ
（０）の平均値、およびρ（０）の長時間平均値を用い
て算出する。βは母音区間と子音区間を区別するための
しきい値で、音声区間のρ（ｐｅａｋ）の平均値から算
出する。これらの係数は、あらかじめ求めた固定値を用
いても出来るが、声質と雑音の種類によりその都度設定
される事が望ましい。ρ（ｐｅａｋ）は男性・女性の音
声基本周期の付近で検出される、自己相関の最大値であ
る。

【００３０】ｓｔｅｐ（８）：子音と判定された区間で
は、主に雑音成分からなる未処理の入力信号を振幅調整
する。調整は、例えば上記のαを用いて（数２）のよう
に求める。

【００３１】

【数２】

【００３２】（数２）において、ｆ’（ｔ）は重畳雑音
によるパワー値と子音成分によるパワー値の差に比例す
る形で調整されている。

【００３３】ｓｔｅｐ（９）：ｓｔｅｐ（８）で得られ
た雑音信号を、ｓｔｅｐ（６）で得られた自己相関波形
に加算する。これを音声信号として出力する事により、
従来の自己相関処理の課題であった子音成分の消失を補
う事が出来る。その結果、雑音が除去されながらも子音
は聞き取りやすい、クリアな音声出力を得る効果が期待
できる。

【００３４】次に図３において、請求項２に示す雑音除
去装置では、電話音声等の帯域制限された雑音音声信号
に対し、次の低域拡張処理を行う。ｓｔｅｐ（１）〜ｓ
ｔｅｐ（８）は図２と同じである。

【００３５】ｓｔｅｐ（９）：ｓｔｅｐ（２）でルート
処理された音声信号を半波整流する。

【００３６】ｓｔｅｐ（１０）：整流した波形に対して
ｓｔｅｐ（２）〜ｓｔｅｐ（６）と同様の処理で自己相
関波形を算出する。

【００３７】ｓｔｅｐ（１１）（１１’）：帯域制限に
より失われた低域と同じ帯域幅のフィルタにより、自己
相関波形の低域信号を抽出し、振幅調整する。

【００３８】ｓｔｅｐ（１２）：ｓｔｅｐ（７）と同様
の基準により音声母音と判定された区間に対し、ｓｔｅ
ｐ（９）で得られる雑音除去・子音成分加算信号に、ｓ
ｔｅｐ（１１）で得られる低域信号を加算し、出力す
る。

【００３９】以上により、請求項１の雑音除去・子音成
分補正効果に加えて、母音区間の低域が拡張された自然
な印象の音声出力を得られる。更に、低域成分の拡張は
弱難聴者への補聴効果があると言われている。

【００４０】次に図４において、請求項３に示す雑音除
去装置では、電話音声等の帯域制限された雑音音声信号
に対し、次の子音高域拡張処理を行う。ｓｔｅｐ（１）
〜ｓｔｅｐ（９）は、図２と同じである。

【００４１】ｓｔｅｐ（１３）：ｓｔｅｐ（７）と同様
の基準により音声子音と判定された区間に対し、以下の
処理を行う。すなわち、元信号を全波整流し、帯域制限
により失われた高域と同じ帯域幅のフィルタを通して、
子音の高域成分に相当する信号を得る。これを振幅調整
してｓｔｅｐ（９）の雑音除去・子音成分加算信号に加
算して出力する。以上により、請求項１の雑音除去・子
音成分補正効果に加えて、子音の高域成分が復元され
た、より自然で聞き取りやすい印象の音声信号を得る効
果を得られる。

【００４２】次に図５において、請求項４に示す雑音除
去装置では、電話音声等の帯域制限された雑音音声信号
に対し、次の母音低域・子音高域拡張処理を行う。すな
わち、ｓｔｅｐ（７）の基準により母音区間と判定され
た区間に対しては、請求項２のｓｔｅｐ（９）〜ｓｔｅ
ｐ（１２）と同様の低域拡張処理を行い、子音区間と判
定された区間に対しては請求項３のｓｔｅｐ（１３）と
同様の低域拡張処理を行う。これにより、請求項１の雑
音除去・子音成分補正効果に加えて、母音低域と子音高
域が拡張された、更に自然な印象で聞き取りやすい音声
出力を得る事が出来る。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、従来の自己
相関処理の課題であった子音成分の消失を補う事が出来
る。その結果、雑音が除去されながらも子音は聞き取り
やすく、クリアな音声出力を得ることが出来る。

【００４４】請求項２によれば、請求項１の雑音除去・
子音成分補正効果に加えて、母音区間の低域が拡張され
た自然な印象の音声出力を得ることが出来る。

【００４５】請求項３によれば、請求項１の雑音除去・
子音成分補正効果に加えて、子音の高域成分が復元され
た、より自然で聞き取りやすい印象の音声出力を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における雑音除去装置の
ブロック図

【図２】本発明の一実施の形態における雑音除去装置の
処理の流れ図

【図３】本発明の一実施の形態における雑音除去装置の
処理の流れ図

【図４】本発明の一実施の形態における雑音除去装置の
処理の流れ図

【図５】本発明の一実施の形態における雑音除去装置の
処理の流れ図

【符号の説明】

１−１ 音声入力部 １−２ 雑音除去部 １−３ 音声区間判定部 １−４ 子音雑音成分回復部 １−５ 信号加算部 １−６ 音声出力部 １−７ 母音低域成分生成部 １−８ 子音高域成分生成部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音声信号に重畳した雑音成分を除去する雑
   音除去装置であって、音声信号の自己相関処理等により
   非相関性の雑音成分を除去する雑音除去部と、入力信号
   の非音声／母音／子音区間を判定する音声区間判定部
   と、子音区間について元音声の雑音成分を振幅調整する
   子音雑音成分回復部と、生成信号を加算する信号加算部
   と、加算された信号を出力する音声出力部とからなり、
   雑音を除去すると同時に、音声子音の雑音成分を回復す
   ることを特徴とする雑音除去装置。
2. 【請求項２】半波整流した入力信号を自己相関処理し、
   低域を分離して振幅調整する母音低域成分生成部を備
   え、母音低域が拡張された自然な音声を出力することを
   特徴とする請求項１記載の雑音除去装置。
3. 【請求項３】子音区間について入力帯域外の高域雑音成
   分を生成する子音高域成分生成部を備え、子音高域が拡
   張された自然な音声を出力することを特徴とする請求項
   １記載の雑音除去装置。